澳洲马里坚果超强“盔甲”结构,有望启发新一代防护装备

研究团队在纽约大学阿布扎比分校解析了马里坚果惊人抗冲击能力背后的结构秘密。马里坚果是生长于澳大利亚西部的马里树所结出的硬种子,其外壳坚固到连天敌都难以咬开。通过研究它如何吸收冲击、抑制裂纹扩展,科研人员发现了一种精巧的天然结构设计,有望为防护装备及其他安全领域的新型材料提供灵感。

这项成果发表在《Advanced Science》期刊上。研究表明,马里坚果的强度来源于其分层内部结构:外层是坚硬的壳体,内部则相对柔软且富有弹性。硬壳与柔韧内层的组合,使得坚果在受力时能够吸收大量能量而不发生碎裂,将冲击力以可控方式分散,而不是突然断裂失效。

“马里坚果的独特之处在于,它在一个整体结构中实现了强度与柔韧性的平衡。”纽约大学阿布扎比分校博士后研究员、研究团队成员韦古德·阿瓦德表示,“这种设计为开发在冲击下不易失效的材料提供了重要启示。”

纽约大学阿布扎比分校化学教授、纽约大学全球网络化学教授、该研究负责人潘切·瑙莫夫补充说:“自然界向我们展示,材料的坚固并不一定只依赖高硬度。马里坚果依靠结构优势生存,它能够吸收能量,并以受控方式引导裂纹走向,而不是任由裂纹无序扩散。”

这项研究由智能工程材料中心的智能材料实验室历时五年完成。团队利用先进的三维成像技术和机械测试手段,系统考察了马里坚果在受压条件下的力学表现。尽管这种坚果主要由天然植物材料——纤维素构成,却展现出罕见的性能组合:既能像特氟龙那样发生形变并吸收能量,又保持类似丙烯酸材料的刚性,同时整体仍然十分轻质。

受马里坚果结构启发,研究人员还设计并制备了一种仿生材料,模拟其内部分层构造。研究展示了经过数百万年进化优化的自然结构,如何为人类开发兼具轻量化与高抗冲击性能的新材料提供设计蓝本,未来有望应用于头盔、防护装备以及其他安全相关领域。


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